Текст книги "Генетическая лотерея"

Автор книги: авторов Коллектив

Соавторы: Ольга Баловнева
сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 13 страниц)

Есть ли ген молодости?

Старение можно описать как биологические изменения организма, накапливающиеся в течение жизни и приводящие к снижению его приспособленности, где под приспособленностью можно понимать способность организма эффективно поддерживать свои функции и бороться с влиянием негативных факторов среды.

Под старением также подразумевается проявление первых симптомов возрастных заболеваний, то есть заболеваний, встречающихся в основном в зрелом и пожилом возрасте (рак, диабет, сердечно-сосудистые заболевания и другие). В таком случае допустимо употребление термина продолжительность здоровой жизни – времени существования человека до появления первых возрастных заболеваний. Несмотря на огромные успехи в развитии науки и тот факт, что старение и продолжительность жизни являются глобальной проблемой человечества, во многом движущей наше развитие как вида, ученые до конца не могут сложить единую картину того, почему мы стареем и какие факторы на это влияют. Сейчас мы поговорим о некоторых примерах доказанного влияния генетики на продолжительность жизни и порассуждаем о том, возможно ли теоретически жить вечно.

Исследования старения, продолжительности жизни (как общей, так и здоровой) требуют сравнения различных групп людей, объединенных по некоторым признакам здоровья, возраста появления возрастных заболеваний, долгожительства.

Сравнение и статистический анализ генетических маркеров в этих группах позволяют найти некоторые генетические вариации, присущие в большинстве группе людей с тем или иным признаком. Такого род исследования называются GWAS (полногеномный поиск ассоциаций) и применяются повсеместно для поиска связей между любыми признаками и генетической составляющей.

В контексте старения GWASы позволили установить некоторые гены, которые достаточно часто представлены в виде одного и того же варианта, например, у долгожителей. Это гены APOE, FOXO3A, HLA-DQA1 и SH2B3.

Часть этих генов имеет специфичную для отдельных популяций связь со старением, что говорит о неоднозначности влияния некоторых генов на продолжительность жизни и ее зависимости от многих других генетических факторов, специфичных для популяции. В целом, накопленные научные данные позволяют сказать, что продолжительность жизни на четверть – треть зависит от генетики, в то время как все остальное является факторами внешней среды: образ жизни, питание, экологическая ситуация.

Не так давно научному сообществу стали открываться новые горизонты генетических исследований вследствие создания и открытия доступа к биобанкам – огромным базам обезличенных генетических данных и данных о человеке (болезни, внешность, возраст, пол, семейная история заболеваний, национальность, физиологические и биохимические параметры и т. п.) для сотен тысяч людей.

Подобные биобанки позволили детально исследовать, в частности, вопрос старения с разных сторон. Например, недавнее совместное исследование ученых из России и США показало, что продолжительность жизни (и общей, и здоровой) статистически значимо зависит от количества ультраредких мутаций в различных генах.

Выяснилось, что каждый человек рождается в среднем с шестью генетическими заменами, частота появления которых составляет менее одной сотой процента, унаследованными от родителей и полностью нарушающих синтез продукта гена (белка или РНК). Количество таких вариаций варьируется в среднем от 0 до 15 и значимо изменяет продолжительность жизни почти на полтора года. Это небольшое изменение, и, к сожалению, подобного рода шажки вперед – это, вероятно, все, на что способна современная наука в области старения. Но будет ли способна наука будущего на большее?

На данный момент известно, что риск появления возрастных заболеваний и смерти в организме человека увеличивается экспоненциально с возрастом, удваиваясь примерно каждые восемь лет. Различные физиологические и биохимические показатели организма также изменяются на протяжении жизни, а их комбинация может служить своего рода посредником, отражающим биологический возраст организма, а не хронологический.

Оказалось, что такие комбинированные метрики в период роста организма ведут себя в соответствии с хронологическим возрастом, однако после начинают достаточно стохастическое движение, более-менее придерживаясь тренда хронологического возраста.

Однако необходимо отметить, что разброс значений этих метрик относительно хронологического возраста линейно увеличивается по мере взросления (старения). Время, требуемое для выравнивания биологического возраста с хронологическим после каждого существенного отклонения, называется resilience, и именно эта величина увеличивается с возрастом и может служить маркером старения.

Математическое моделирование изменений resilience с возрастом позволило установить, что при увеличении возраста до 120–150 лет значение resilience расходится с хронологическим возрастом полностью без возможности возврата в исходную точку, что биологически означает некоторый абсолютный предел продолжительности человеческой жизни.

Причины этого кроются в некоторых энергетических параметрах существования человека как организма, жизнь которого зависит от создания новых клеток и поддержания жизни – двух противоположных по сути процессов. Динамическое равновесие этих процессов достигается по завершении периода роста организма, однако последующее старение выводит эти два процесса из равновесия, приводя в итоге к гибели организма.

В соответствии с описанным динамическим равновесием решением проблемы старения является поддержка процесса создания клеток, их замены, что может быть достигнуто в будущем путем искусственного выращивания органов и тканей. Генетические подходы к созданию организма с увеличенной продолжительностью жизни (на животных) пока что могут привести только к одному результату – возникновению рака, так как чрезвычайно сложная и сбалансированная система (организм) при выходе из равновесия уже не может себя контролировать. Науке требуется максимально глубокое и всеобъемлющее понимание работы организма, чтобы уметь из одного равновесного состояния привести его в другое с большей продолжительностью жизни. Пока что до такого уровня знаний нам очень далеко.

Можно ли убежать от инфаркта?

Первым термин «инфаркт миокарда» упомянул французский терапевт R. Marie в 1896 году. До этого инфаркт миокарда называли сердечным приступом. Известные актеры Олег Даль, Владислав Галкин, певец Джо Дассен скончались от инфаркта в возрасте моложе 40 лет. Разберемся, какие есть возможности у медицины, а в частности, у генетики, чтобы предотвратить инфаркт миокарда.

Инфаркт миокарда – это отмирание участка сердечной мышцы, связанное с полной закупоркой коронарной артерии, кровоснабжающей сердечную мышцу (миокард), атеросклеротической бляшкой. В случае полной закупорки крупной коронарной артерии уже через 30 минут начинается гибель миокарда.

Как понять, что пора к врачу?

Американский колледж кардиологии предлагает специальный калькулятор для расчета риска развития сердечно-сосудистых катастроф, в том числе инфаркта миокарда, в течение ближайших 10 лет. Чтобы определить степень риска, нужно знать ваш пол, возраст, уровень артериального давления, курите вы или нет, есть ли у вас такое заболевание, как сахарный диабет, а также необходимо знать уровень холестерина общего и холестерина липопротеинов высокой плотности (Хс ЛПВП, «хорошего холестерина»). Риск можно рассчитать самому, а можно попросить вашего лечащего врача.

Какие генетические факторы риска инфаркта миокарда известны на сегодняшний день?

В основе развития инфаркта миокарда лежит атеросклероз коронарных артерий, проще говоря, отложение на стенках сосуда холестерина с образованием атеросклеротической бляшки. Основная причина этого – повышение холестерина в крови за счет «плохого» холестерина (Хс ЛПНП – холестерина липопротеинов низкой плотности).

Липопротеины низкой плотности содержат больше жира, чем белка. Они переносят холестерин к органам и тканям, включая и стенки сосудов, где тот участвует в образовании атеросклеротической бляшки, – поэтому Хс ЛПНП считается «плохим» холестерином.

Липопротеины высокой плотности содержат меньше жира, чем «плохой холестерин», и участвуют в доставке холестерина из тканей организма в печень для утилизации, поэтому Хс ЛПВП считается «хорошим» холестерином. Высокий уровень липопротеинов высокой плотности и низкий уровень липопротеинов низкой плотности свидетельствует о том, что холестерин будет в большей степени утилизироваться в печени, чем откладываться в сосудах. Повышение уровня «плохого» холестерина врачи называют дислипидемией.

На сегодняшний день известны генетические причины дислипидемии, и одна из них – семейная гиперхолестеринемия. Наследуется она по аутосомно-доминантному типу, то есть при болезни даже одного родителя в 50 % случаев заболевание будет передано детям. У таких людей уровень общего холестерина и холестерина липопротеинов низкой плотности повышен уже в детском возрасте, соответственно, высокий и риск инфаркта миокарда. За развитие заболевания отвечают мутации в генах LDLR, APOB, LDLRAP1 и PCSK9.

Может ли чем-то помочь генетика человеку с высоким риском инфаркта миокарда?

Одна из форм семейной гиперхолестеринемии связана с мутацией в гене PCSK9. Этот ген отвечает за производство определенного белка, который способствует повышению уровня «плохого» холестерина. В 2003 году был открыт сам белок с весьма сложным названием (пропротеиновую конвертазу субтилин-кексинового типа 9), а затем был создан блокатор этого белка, способствующий снижению «плохого» холестерина – ингибитор PСSK9 с не менее сложным названием – эволокумаб, который теперь помогает спасать от инфаркта миокарда пациентов с тяжелыми формами дислипидемии.

Только повышение уровня холестерина играет роль в развитии инфаркта миокарда? Может быть, мы что-то еще не учли?

Наличие хронического воспаления в организме как раз способствует формированию атеросклеротической бляшки и в будущем – развитию острого инфаркта миокарда. Хроническое воспаление может быть связано с повышением уровня сахара крови – сахарным диабетом, повышением уровня мочевой кислоты крови – гиперурикемией. Курение и ожирение также поддерживают хроническое воспаление в организме. Отказ от курения, снижение веса, умеренные физические нагрузки и питание, обогащенное овощами и фруктами, помогут нам в борьбе с хроническим воспалением.

Ген NFE2L2 отвечает за работу антиоксидантных систем организма, которые предотвращают свободно-радикальное окисление. В исследованиях показано, что снижение активности гена NFE2L2 приводит к увеличению образования проатерогенных (вызывающих развитие атеросклероза) пенистых клеток (макрофагов с жировыми включениями) и прогрессированию атеросклероза. Однако «убежать» от инфаркта миокарда есть возможность и у пациентов со сниженной активностью гена NFE2L2. На сегодняшний день проходят клинические испытания препаратов диметилфумарат и бардоксолон, усиливающих работу гена NFE2L2 в отношении лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Противодиабетические препараты саксглиптин и ситаглиптин также усиливают работу NFE2L2, то есть пациентам с сахарным диабетом и атеросклерозом назначение данных препаратов будет полезно с целью профилактики развития инфаркта миокарда.

Обогащение рациона фруктами, какао, орехами (содержат ресвератрол), бобовыми, говядиной и субпродуктами, яйцами, шпинатом, грибами (содержат альфа-липоевую кислоту), луком, гречневой крупой и диким рисом, красными овощами и фруктами, оливковым маслом (содержат кверцетин), различными видами капусты (брокколи, цветная капуста, белокочанная капуста – содержат сульфарофан), употребление зеленого чая, добавление куркумы в качестве приправы способствует активации гена NFE2L2 и снижению риска развития инфаркта миокарда.

Как убежать от инфаркта при плохой генетике?

«Убежать» от инфаркта миокарда помогут такие простые рекомендации, как отказ от курения, диета с низким содержанием насыщенных жиров, высоким содержанием цельнозерновых продуктов, овощей, фруктов и рыбы, умеренная физическая активность 3,5–7 часов в неделю или 30–60 минут большинство дней в неделю, контроль уровня сахара крови и артериального давления.

Необходимо лечить очаги хронической инфекции: как минимум, поддерживать здоровье зубов, посещать ЛОРа при частых воспалениях миндалин, а также снижать свободно-радикальное окисление, для этого рекомендовано потребление продуктов, содержащих антиоксиданты (виноград, ягоды, слива, арахис, красный лук, чеснок, зеленый чай, цитрусовые, брокколи, шпинат, субпродукты, морковь, миндаль).

Также на сегодняшний день существует несколько групп лекарственных препаратов для снижения холестерина, которые могут быть при необходимости назначены вашим лечащим врачом.

Существуют ли люди-химеры?

Если услышав слово «химера», вы представили себе чудовище из древнегреческих мифов с головой льва, телом козы и хвостом змеи, то это вступление позволит взглянуть на химер глазами генетика. Химерами называют организмы, состоящие из клеток с разными генотипами. У животных это означает, что их клетки получены не из одной зиготы (клетка, образующаяся после оплодотворения, из которой далее развивается плод), как бывает чаще всего, а от двух или более. А теперь давайте поговорим о людях.

Мать или не мать?

В 2002 году в штате Вашингтон произошел прелюбопытный случай. Местная жительница Лидия Фейрчайлд, имеющая двоих детей и будучи беременной третьим, решила получить социальное пособие. Данный процесс предполагал сдачу тестов как на отцовство, так и на материнство. Тест на отцовство никаких неожиданных результатов не принес, а вот по результату теста на материнство оказалось, что Лидия не являлась матерью своих детей. Лидию обвинили в мошенничестве и возбудили против нее иск, несмотря на то что у нее имелись фотографии с детьми на протяжении их взросления, а муж присутствовал при родах. Дело в том, что в то время ДНК-тест считали неопровержимым доказательством в суде. При третьих родах присутствовал судебный представитель, засвидетельствовавший рождение, однако и в этот раз тест показал, что Лидия не являлась матерью младенца.

Что же случилось?

Адвокат, взявшийся за дело, обнаружил статью «Оспаривание материнства, ведущее к выявлению тетрагаметного химеризма», опубликованную в медицинском журнале в мае 2002 года, в которой группа исследователей представила случай Карен Киган, женщины, нуждавшейся в пересадке почки.

Члены семьи Киган, в том числе ее муж и двое из трех ее сыновей, прошли тест ДНК, чтобы узнать, могут ли они быть донорами. Было обнаружено, что два сына Карен генетически не являются ее родственниками. Однако третий сын Киган, которого протестировали позже, генетическое совпадение показал. Исследовательская группа получила грант для дальнейшего изучения Киган и ее семьи и обнаружила, что в разных клетках Карен присутствовали два разных набора ДНК, то есть она являлась «химерой».

Это исследование позволило предположить то же самое в отношении Лидии Фэйрчайлд. Однако, взяв образцы волос, щечного эпителия, кожи и крови, специалисты смогли найти только один набор ДНК. Второй набор ДНК, который показал генетической сходство с ее детьми, был обнаружен в клетках шейки матки.

Человеческий химеризм

Итак, как мы выяснили, человеческий химеризм случается.

Он считается достаточно редким явлением, однако некоторые ученые полагают, что на самом деле его просто редко диагностируют.

Отчего это происходит?

При оплодотворении у человека обычно один сперматозоид сливается с одной яйцеклеткой, образуя зиготу, которая может развиться в плод. Однако иногда яичники выделяют более одной яйцеклетки за раз – в этом случае два разных сперматозоида могут оплодотворить две разные яйцеклетки, создавая две зиготы, которые могут развиться в разнояйцевых близнецов. Однако в некоторых случаях эти две оплодотворенные яйцеклетки могут сливаться вместе на ранней стадии развития, в результате чего образуется химера, состоящая из двух генетически различных клеточных линий. При этом близнецы могут быть даже разного пола, что означает, что у химеры будут встречаться клетки с женским и клетки с мужским геномами.

Также химеризм может возникнуть у человека после трансплантации органов. В частности, известны случаи возникновения химеризма после трансплантации костного мозга.

У близнецов обмен клетками возможен во время внутриутробного развития, что тоже может привести к химеризму.

Еще есть микрохимеризм, возникающий при беременности, когда часть клеток плода передается матери и наоборот. Эти клетки могут находиться в организмах матери или ребенка десятилетиями!

Химера – человек-животное

С появлением искусственно созданных химер животных людей начал интересовать вопрос, возможно ли создание человека-химеры с клетками животного или животного-химеры с человеческими клетками и не грозит ли нам это катастрофой в будущем.

На самом деле эксперименты проводятся и довольно давно. Еще в XX веке человеческие клетки были успешно подсажены мышам. А в апреле 2021 года группа ученых из США, Китая и Испании и вовсе вошла в историю, создав первые в мире химерные эмбрионы человека и обезьяны. В данном случае эти гибриды были созданы путем инъекции человеческих стволовых клеток в шестидневные эмбрионы макак. Эмбрионы не имплантировались в матку, их поддерживали живыми в лаборатории в течение 20 дней, после чего уничтожали.

Основными целями подобных исследований является изучение развития некоторых заболеваний и методов их лечения, а также оценка потенциальных методов получения человеческих органов у животных для трансплантации. При этом о подсаживании человеку клеток животного пока речи не шло.

Этическая сторона вопроса

Основные опасения некоторых людей представляет возможная интеграция клеток человека в зародышевые клетки животного и в мозг до определенной стадии развития эмбриона в связи с чем не так давно обсуждалось прекращение финансирования исследований, в ходе которых клетки человека вводятся слишком рано. Хотя мысль о том, что внедрение человеческих клеток в мозг животного потенциально может повлиять на его поведение и самосознание, пока больше похожа на сценарий фантастического романа. К моральной стороне вопроса создания химер научное сообщество сейчас относится очень серьезно.

Глава 3
Генетика и рак

Болели ли раком в древности или это новое заболевание?

Удивительно, но злокачественные опухоли были у людей еще до того, как появилось слово «рак» для их обозначения. Так, еще 3000 лет до нашей эры в Египте впервые нашли упоминания о раке в учебнике по хирургии травм. В нем описано 8 случаев опухолей и язв молочной железы, которые были удалены путем прижигания с помощью инструмента, называемого огненной дрелью. В письме говорится о болезни так: «Лечения нет».

Происхождение слова «рак» как обозначение опухолевого процесса приписывают греческому врачу Гиппократу (460–370 гг. до н. э.), которого считают «отцом медицины». Гиппократ использовал термины carcinos для описания опухолей без изъязвления и carcinoma для описания язвообразующих опухолей. Однако с латыни этот термин все-таки ближе к слову «краб», чем «рак».

Римский врач Цельс (28–50 гг. до н. э.) позже перевел греческий термин на cancer, латинское слово с тем же значением – «краб». Есть разные теории, чем раковая опухоль напоминает краба или рака: то по внешнему виду клешней, то по структуре мяса краба.

Гален (130–200 гг. н. э.), другой греческий врач, использовал слово oncos (греч. «опухоль») для описания опухолей. Хотя аналогия с крабом Гиппократа и Цельса до сих пор используется для описания злокачественных опухолей, термин Галена теперь используется как описание врачебной специальности – онкологов.

Таким образом, история термина «рак» и первые описанные случаи не дают сомневаться, что люди всегда болели онкологическими заболеваниями.

Хотя многим и кажется, что рак – это последствие плохой экологии, неправильного образа жизни и стресса, однако в наших клетках постоянно происходят процессы по производству энергии, где «отходы» достаточно плохо могут влиять на ДНК, вызывая мутации и запуская процесс образования раковых клеток. Второй аргумент тоже кажется логичным, что рака стало больше, что все больше людей болеет. Но на деле это отражает раннюю выявляемость и успешность скрининга на онкозаболевания. Ведь многие формы рака на ранних стадиях излечимы полностью, но и те попадают в эту статистику.

За годы эволюции организм человека обрел несколько защитных механизмов от возникновения рака: восстановление повреждений и неточностей в копировании ДНК при делении клеток специальными ферментами, один из которых вы могли наверняка невольно знать – BRCA белки, затем способность иммунных клеток распознавать «свой – чужой» и узнавать изменившиеся клетки, уничтожая их. Не говоря о возможности человека адаптироваться к особенностям питания и экологии даже на генетическом уровне, когда нужные для обезвреживания токсинов и канцерогенов гены начинают активнее считываться и в организме становится больше нейтрализующих белков.

Все эти данные говорят в пользу того, что рак и опухолевые заболевания идут рука об руку с эволюцией человека и были с нами всегда.